北草蜥能量代谢对温度变化响应的地理格局与机制

In the context of global climate warming, the physiological responses of animals to temperature variation and underlying mechanisms have been a hot topic and attracted great scientific attention. The reptile may respond to temperature variation plastically, but the geographic pattern of such responses and the underlying biochemical and molecular mechanisms remain obscure. In this project, we will conduct thermal acclimation experiments with Takydromus septentrionalis, which distributes from tropical to temperate zones in mainland China, to compare the geographic differences in thermal sensitivity and acclimatory responses of metabolic rates, mitochondrial functions, activities of metabolic enzymes such as citroyl synthetase(CS) and cytochrome c oxidase(COX), and molecular regulation in transcriptome. We aim to elaborate the geographic pattern of thermal responses in metabolism, and explore the roles of mitochondria and metabolic enzymes in the metabolic response to thermal variations in T. septentrionalis. Therefore, our study is designed to identify geographic pattern of thermal sensitivity and acclimation at various levels from gene to whole organism, and explore the underlying biochemical and molecular mechanisms of such geographic pattern in thermal plasticity in T.septentrionalis. This study will expand deep-level investigation on the thermal adaptation of reptiles, and provide theoretical basis for the vulnerability assessment of animals against climate warming.

在全球气候变暖背景下，动物对温度变化的生理响应对策与机制是生理生态学的前沿课题和国际研究热点。爬行动物能量代谢对于温度变化具有可塑性响应，然而其温度响应的地理格局及生化与分子基础却尚不清楚。本研究以分布跨越热带、亚热带和温带地区的中国大陆北草蜥为对象，开展温度驯化实验，分析北草蜥能量代谢温度敏感性及驯化响应的纬度变异，比较线粒体结构、功能与代谢酶活性温度响应的地理种群间差异；开展能量代谢器官-肝脏的转录组学分析，比较线粒体与关键代谢酶相关序列及其表达量的种群间差异；旨在揭示北草蜥能量代谢温度响应的地理变异格局，探索线粒体功能、代谢酶活性及其调控在能量代谢响应温度变化中的作用。因此，本项目从生理到分子多个层面解析中国大陆北草蜥能量代谢对温度变化响应的地理格局及其生化与分子基础，拓展爬行动物温度适应性研究的新层次，并为评估气候变暖背景下动物物种受威胁程度提供理论依据。

了解动物适应温度变化的过程与机制，对于理解动物如何应对全球气候变化具有重要意义。本项目以中国大陆不同纬度分布的北草蜥种群（高纬度烟台种群，中纬度南京种群，低纬度宁德种群）为研究对象，开展热生物学，以及运动能力和能量代谢等热适应相关生理功能的种群间比较研究。在此基础上，我们利用这些地理种群进一步开展热生理学的温度驯化响应研究。本研究应用比较生理学、生物化学、分子生物学与转录组学手段相结合，解析北草蜥热适应的纬度格局及其生理生化机制。研究结果显示，随着纬度升高，北草蜥的温度耐受范围增大，能量代谢水平增高。并且中高纬度的代谢率上升主要源于其组织器官大小显著大于低纬度宁德种群。温度驯化实验研究揭示，中高纬度分布的北草蜥能够通过驯化响应的方式应答温度变化。高纬度种群通过提升肝脏大小的方式，而中纬度种群通过提高心脏大小和线粒体浓度的方式提升低温驯化的能量代谢水平。而低纬度宁德种群对于温度变异不具有驯化响应。转录组学显示高纬度和中纬度种群可以通过糖脂代谢调控响应温度驯化，而低纬度种群应对温度驯化不具备代谢通路调控。这些结果揭示了北草蜥物种随纬度分布的温度适应规律和生理生化机制，并揭示了由于驯化响应及其调控的保守性，未来气候变化可能会对低纬度种群的影响更为严重。